Сигнальна макромодель оптопари на структурах органічної електроніки

Abstract

У статті запропоновано основні підходи реалізації макромоделі оптопари на органічних структурах для пристроїв сенсорної техніки. Використання таких структур в значній мірі обмежується через часовий дрейф параметрів та температурну нестабільність. Використання розробленої моделі дає можливість отримати значення параметрів компенсації для оперативного коригування, відповідно до умов експлуатації та властивостей органічних структур. В ході дослідження встановлено можливість компенсації цих параметрів безпосередньо під час роботи органічних оптопар шляхом вимірювання та аналізу дрейфу параметрів. Для цього використовуються спеціалізовані вбудовані системи внутрішньо об'єктної діагностики та керовані сигнальні перетворювачі. З метою перевірки функціонування та оптимізації параметрів сигнальних перетворювачів вбудованих систем in-situ діагностики в роботі описано основні підходи та результат реалізації макромоделі оптопари. Макромодель надає можливість специфікувати компоненти оптронів сенсорної електроніки відповідно до підходів та синтаксису SPICE моделювання та відображає параметричну модуляцію при зміні температури навколишнього середовища, часову нестабільність та флікерні шуми. Макромодель складається з п'яти модулів, які описують процеси та визначають характеристики оптопари: випромінювач світла (світлодіод), саморозігрів структури оптопари струмом живлення, оптичне середовище або активний шар оптосенсора, часовий дрейф та флікер шум, приймач світла (фотодіод або фоторезистах). Модулі представлені схемами заміщення електричних компонентів відповідно до принципу функціональної аналогії. Представлено основні підходи до визначення параметрів компонентів макромоделі та приклади параметричних досліджень на її основі. Використання розробленої моделі дозволяє отримати значення параметрів компенсації для оперативного регулювання, відповідно до умов експлуатації та властивостей органічних структур.

The paper is devoted to the basic approaches to the realization of the macromodel of optocouplers on organic structures for sensor devices. It is shown that the use of such structures is largely limited due to the time drift of parameters and temperature instability. In the course of the research, the possibility of compensating for these parameters directly during the operation of organic optocouples by measuring and analyzing the parameter drift was established. For this purpose, specialized built-in in-situ diagnostic systems and controlled signal transducers are used. In order to verify the functioning and optimize the parameters of signal transducers of built-in in- situ diagnostic systems, the paper describes the main approaches and the result of the implementation of the optocouple macromodel. The macromodel provides the ability to specify the components of sensor electronics optocouplers in accordance with the approaches and syntax of SPICE modeling and reflects parametric modulation with changes in ambient temperature, time instability, and flicker noise. The macromodel consists of five modules that describe the processes and specify the characteristics of the optocoupler: the light emitter (LED), self-heating of the optocoupler structure by the supply current, the optical medium or active layer of the optosensor, time drift and flicker noise, and the light receiver (photodiode or photoresistor). The modules are represented by substitution schemes of electrical components in accordance with the principle of functional analogy. The main approaches to specifying the parameters of macromodel components and examples of parametric studies based on it are considered. The use of the developed model makes it possible to obtain the values of compensation parameters for operational adjustment, in accordance with the operating conditions and properties of organic structures.